JPS6229791B2 - - Google Patents

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JPS6229791B2
JPS6229791B2 JP56107169A JP10716981A JPS6229791B2 JP S6229791 B2 JPS6229791 B2 JP S6229791B2 JP 56107169 A JP56107169 A JP 56107169A JP 10716981 A JP10716981 A JP 10716981A JP S6229791 B2 JPS6229791 B2 JP S6229791B2
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light
card
waveguide
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JP56107169A
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Ranei Shebira Pieeru
Kufueraa Furitsutsu
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPS6229791B2 publication Critical patent/JPS6229791B2/ja
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    • G03H2222/40—Particular irradiation beam not otherwise provided for
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はホログラフイ形式で情報を含む文書カ
ードに関する。このようなカードは多くの使用法
を有し、例えばクレジツト・カードや又はアクセ
スが制限されている場所へ正当な所有者がアクセ
スできるカードとして使用される。
穿孔形式で又は磁気的に記憶された情報を有す
るカードは知られている。これらのカードの不利
な点は、容易に複製できることでありしたがつて
乱用が易しいことである。偽造及び模造に対する
安全策として、ホログラフイが注目されてきた。
ドイツ特許第1939594号は、所与の番号が２進コ
ード化形式で通常の振幅ホログラム又は位相ホロ
グラムとして記憶される文書カードを教示してい
る。この場合、情報検索は通常のように容易では
ないが、正当な人間も複雑な光学装置を用いて情
報を得ることができる。ホログラムの取換えは除
外されていないので、偽造も可能である。
文書カードが頻繁に使用されるものであれば、
使用者はそれをポケツトに入れて持ち運ぶ。した
がつてそのようなカードは非常に損耗が激しい。
経験によれば振幅ホログラム及び位相ホログラム
の信号対雑音比はどちらかといえば悪い。損耗が
少し進むと、そのようなカードは動作不能になつ
てしまう。ドイツ特許第2613034号は、リツプマ
ン・ブラツグ型のホログラムを有する文書カード
を教示している。このカードの信号対雑音比はカ
ードの前面をホログラムのために使用することに
よつて改善されている。このカードは良好な結果
を与えるが記憶される情報量が極端に少なくなる
という欠点がある。このようなホログラムは正当
でない人間によつて容易に読みとられ、偽造も容
易である。
ドイツ特許第2166913号には偽造に対し保護を
強化する方法が説明されている。この場合、情報
ホログラムは、製造中に光波を歪ませることによ
つて一つの光路中に恣意的な位相差を生じさせ、
それによつて暗号化が行われる。歪んだ光波に対
するキイを正確に知つていない限り、ホログラム
の読出し中に歪みを補整することはできず、記録
された情報の検索は不可能である。しかし暗号ホ
ログラムを有するカードも、信号対雑音比が悪
く、使用頻度が高ければ急速に損耗を生じる欠点
がある。
「導波の消散フイールドを使用したホログラム
の記録及び読出し」（Hologram recording and
read−out with the evanescent field of guided
waves、OpticsCommunications Vol.19、No.2、
November1976、W.Lukosz and、A.Wｕ¨
thrich）という文献において平面導波管中を伝搬
する光波の消散フイールドが参照波及び照明波と
して使用されるホログラムの記録及び読出しが説
明されている。特にこの文献はホログラムの開孔
角度を広くするとともに、その妨害の可能性を少
なくする方法を説明している。これらは本発明の
目的でもある。
本発明はホログラフイ形式で情報を含む文書カ
ードに係り、当該文書カードのベースとなる基板
と、該基板上に配置され、光を伝搬する平面導波
管と、該平面導波管上に配置され、所定パターン
の光によつて照射された場合にのみ平面導波管に
沿つて光を伝搬させるカツプラ・ホログラム及び
この光によつて再生される情報ホログラムを含む
感光層とを具備している。カツプラ・ホログラム
は、情報ホログラムが簡単に再生されないように
するためのものであり、これにより情報ホログラ
ムの機密性が保たれる。
第１図を参照すると、光学導波管及び導波管ホ
ログラムを含む文書カード１の基本的構造が示さ
れる。この構造には基板２がベースとして含ま
れ、その上に光を伝搬する平面導波管３及び感光
層４が置かれている。これらの厚さは拡大されて
示されている。感光層４は情報を含む導波管ホロ
グラム５及び左端又は右端におかれた格子カツプ
ラ６を有する。これらの格子カツプラにより、光
は導波管３へカツプルされる。感光層４の適当な
場所にはホログラムが記録されていてよい。
情報を含む導波管ホログラムを記録するため、
地点Ａから左方の格子カツプラ６へコヒーレント
光が導入される。光は導波管の中を参照波ＵRと
して矢印に沿つて進み、曲線８によつて表わされ
た電界分布に対応する。照明光の指数的に消散す
る部分のみが感光層の中へ小さな距離を透過し、
そこでホログラムを形成することが解る。ホログ
ラム中に記録されるべき情報は多数の源７によつ
て与えられ、これらの源７は目的波ＵSを発生す
る。
導波管３に接した感光層４の中で参照波ＵR及
び目的波ＵSが一時点に重なると、ホログラム５
に対応した干渉パターンが生じる。このホログラ
ムを発生し且つ固定する技術の詳細は、本発明と
直接の関連を有しないので説明を省略する。ただ
ここで注意すべきは、記録されるべき情報又は目
的は任意に選択してよいことである。一次又は二
次元の情報、画、テキスト又は任意のコード化情
報と同じように受け入れられる。説明を簡単にす
るため、記録されるべきデータ（即ち情報）は特
定の信号を表わす点上の源のある配列よりなるも
のとする。
情報はホログラフイで周知の原理に従つて発生
されたホログラムから抽出される。地点Ｂから、
記録の場合に使用された光源からのコヒーレント
光が右端の格子カツプラ６へ導かれる。それによ
つて共役参照波ＵR＊が導波管３の中に発生す
る。この共役参照波は矢印で示されるように参照
波ＵRと反対方向へ進み、その消散フイールドに
よつて前に発生したホログラム５を照明する。こ
れらの条件の下でホログラム５は共役目的波ＵS
＊を発生し、この共役目的波はもとの源７と同じ
場所にその像を結像する。
第２図を参照すると、そこには導波管ホログラ
ムの記録方法が示される。光源９としてはレーザ
発生器が使用され、これはそのビームをビーム・
スプリツタとして働く半透明鏡１０へ矢印に沿つ
て導く。ビームの半分は鏡１１へ突き当り格子カ
ツプラ６へ導かれる。このカツプラは導波管３中
に参照波ＵRを発生し、このＵRは矢印に沿つて進
む。半透明鏡１０によつて分割されたビームの他
の半分はビーム拡大器１２へ送られる。ビーム拡
大器１２から出たビームは拡散装置１３を通つて
多数の孔を有するマスク１４へ送られる。任意の
コード化された情報を表わすこれらの孔は、目的
波（即ち信号波）ＵSを発生し、この信号波は文
書カード１へ導かれ、そこで参照波ＵRと一致し
たとき、干渉パターンが感光層４の中に形成され
る。適当な現像及び定着処理の後、導波管ホログ
ラム５が第１図で示した場所に生じる。
第３図は例えば第２図に従つて発生された導波
管ホログラム５を読み出す構成を示す。文書カー
ド１の右端にある格子カツプラ６を照明するた
め、第２図に示されたものと同じ光源９が使用さ
れる。したがつて第１図で説明したように共役参
照波ＵR＊が導波管３中に発生しこの共役参照波
は前に記録されたホログラム５の方へ矢印に沿つ
て伝搬する。ホログラム５の照明により共役信号
波ＵS＊が発生し、第２図でホログラムの記録の
ために使用されたマスク１４の像をホログラム上
のある場所で結像する。その場所にはホトダイオ
ードのような感光検出器のアレイ１５が設けら
れ、それは検出デコード回路１６へ接続されてい
る。
もし第２図で使用されたマスク１４が１列に配
列された多数の孔を含むものであれば、アレイ１
５としては１列になつた複数のホトダイオードで
十分である。しかしマスクがＮ×Ｍ個の孔よりな
るマトリクスを有し任意のコード化によつて情報
を表わす場合、アレイ１５はＮ×Ｍ個のホトダイ
オードによつて形成される。マスクの１つの孔に
対応する各々の光のスポツトがホトダイオード中
に電流を生じこれらの電流はもとの情報を検索す
るために検出デコード回路１６でデコードされ
る。もし低い品質の像のコントラストが許される
ものであれば、第３図の光源９は発光ダイオード
（LED）のような安価な光源を使用してよい。
第４図の本発明に従う文書カード１は特にその
層の形成状態を示していない。この文書カードは
最も厚い層として基板２を含み、その上に導波管
３が置かれ、その上に少くとも１つの格子カツプ
ラ６及びいくつかの情報ホログラム５が置かれて
いる。説明を簡単にするため、はじめに情報は１
行だけに記録されている。即ち、ホログラム当り
１列の孔で記録されているものと仮定する。勿論
情報は二次元的に記録されることができる。した
がつて１つのホログラムは源の１つのパターンに
対応し、このパターンは読出しの場合にライト・
スポツト１７として再生され情報パターンを形成
する。前述したように、少くとも部分的にコヒー
レントなビームＬが格子カツプラ６を介して導波
管３へ導入される。導波管の中で波状のエネルギ
が矢印Ｅの方向へ進む。光源によつて励起された
ホログラムは信号ビームＳを発生し、ビームＳは
ライト・スポツト１７の像をアレイ１５上で結
ぶ。それをデコードすれば記録された情報を利用
することができる。
第４図に示された文書カードは、例えばアクセ
スが制限された場所へ正当な所持人だけに入室を
許す個人識別カードとして使用することができ
る。その場合ホログラム中に記録された情報はカ
ードの所持人の個人的データを含みこのデータは
アクセス条件と同じように検査される。このカー
ドはクレジツトカード又は支払いをするために使
用することができる。その場合、ホログラムは購
入金額に対するクレジツトの金額を含むか又は銀
行から引出せる現金額を含む。それらの金額は文
書カード上に記録され、その記録は２進形式又は
３アウト・オブ５方式のような他のコード形式で
なされてよい。
第５図から第７図まではそのようなカードがキ
ヤンセル又は動作不可能にされる場合のホログラ
ムを示す。第５図には、多数のホログラム５及び
格子カツプラ６が記録ストリツプ１９上に配列さ
れている。第５図の右方には文書カードの断面図
が示される。即ち基板２、導波管３、感光層４が
通常の如く配列されている。このカードは損耗を
防ぐために透明な保護層１８で覆われている。カ
ード１の右端にある最後の４つのホログラムは、
それぞれ穿孔２０によつて破壊されている。この
カードはすべてのホログラムが破壊されたとき使
用済となる。
第６図のカードは、そのある表面部分で特定の
ホログラムが何らかの手段２１によつて不透明に
される。このために保護層１８がエツチングさ
れ、研摩され、傷をつけられ又ははがすことの出
来ない塗料で覆われる。第７図のカードはカード
の保護層及びホログラムが加熱によつて破壊され
る（２２の部分）。この種の破壊は再生すること
ができない。もしキヤンセル動作が第５図及び第
７図に示されるように行われたならば、それは導
波管３におけるビームを妨げるので、キヤンセル
動作は右端の外側から左方に順々になされなけれ
ばならない。しかし第６図のようなキヤンセル動
作はどのような順序であつてもよい。
第６図の保護層１８は液晶フイルムであつてよ
い。このフイルムは外部からの制御によつてある
部分を不透明にされることができる。もし必要な
らば、不透明にされた部分は再び透明にされ、し
たがつて下方にあるホログラムを後で再び読出す
ことができる。そうすることによつてカードは長
時間使用されることができる。
第８図には文書カード１を直列に読取るための
装置が示される。装置のフレーム２３には、文書
カード１に沿つて移動することができるキヤリツ
ジ２４が設けられている。キヤリツジ２４は遮蔽
板２５を有し、この遮蔽板に設けられた孔を通し
て１つのホログラム５の光波Ｓが伝達される。ホ
トダイオードのような検光器よりなるアレイ１５
がキヤリツジ２４上に設けられる。したがつて各
ホログラムからの放射パターンは個別的に走査さ
れる。遮蔽板２５は読取られるべきホログラムの
近くにあるホログラムによつて生じる干渉を禁止
する。他の方法として光学走査装置を使用しても
よい。
第９図は輝度の相異を補整する自動的スレツシ
ヨルド調整手段を設けられた検出回路を示す。ホ
トダイオードのような個々の検出エレメント１５
はそれぞれ抵抗Ｒ３と直列に接続される。光が検
出器に当るとその検出器に対応した抵抗Ｒ３を通
して電流が流れ信号電圧が発生する。それぞれ信
号は比較器２７の第１入力へ印加され、同時に抵
抗Ｒ４を介して加算増幅器２６の１つの入力へ印
加される。加算増幅器２６の出力は安定化のため
にその第２入力へ戻される。増幅器２６の加算さ
れた出力信号は直列に接続された抵抗Ｒ１及びＲ
２へ導かれ、抵抗Ｒ１によつてドロツプされた電
圧がすべての比較器２７の第２入力へ接続された
共通線へ印加される。
加算増幅器２６の出力における電圧の分割比Ｒ
１／（Ｒ１＋Ｒ２）は、検出動作の間に増幅器の
入力に存在する信号の数に依存する。例えば、
各々のホログラムが３アウト・オブ５方式に従つ
てコード化された10進数を含むならば、読取られ
るべき各々の数について、３つの信号が第９図の
検出回路で規則的に発生される。したがつて、増
幅器２６の加算された出力信号は1/6へ減少する
ことが望ましい。比較器２７は、その正の入力で
検出エレメント１５から来る信号の約半分の大き
さの参照電圧信号を受取る。このようにして、
夫々の比較器はその入力に信号が存在するか否か
を正しく決定することができる。そのような決定
は殆んど輝度の差に独立して行われる。比較器２
７の出力はデコーダのロジツクへ送られる。この
ロジツクは既に知られた原理に従つて構成するこ
とができる。ここで注意すべきは、電圧の分割比
はコード化された信号パターンに独立しているこ
とである。可変数の信号の場合、これは当てはま
らない。
第１０図及び第１１図を使用して導波管３及び
ホログラムを含む本発明の文書カード１が振幅ホ
ログラムを有する従来のカードと比較して明らか
に利点を有することを説明する。従来型のカード
の場合、再生された目的像の領域にいる観察者は
直接又は間接に目的像を再生するために使用され
た光源が目に入るという欠点がある。これによつ
て、使用できる開孔の角度が制限され、信号対雑
音比も悪くなる。
これに対して、本発明においては、導波管ホロ
グラムに対する雑音の源は存在しない。したがつ
て、目的物は従来よりも広い角度で記録されるこ
とができ又再生することができる。視界が広がる
結果、比較的大きな検出アレイを使用することが
できる。検出アレイはホログラムと容易に整列さ
せることができ、それによつて隣接したホトダイ
オードとの間の漏話が最小にされる。
第１０図に示される従来型のカードの場合、つ
ぎのような問題が生じる。ホログラム５は保護層
１８によつて覆われている。もし文書カード１の
保護層１８に傷２８ができると、この傷によつて
読出しの間に雑音信号波Ｎが生じ、これは所望の
信号波Ｓと重ねられる。第１０図において、光Ｌ
の並行した波面はホログラム５を有する文書カー
ド１へ入射する。下の保護層１８にある傷は回折
された干渉波の源となる。
ホログラムから生じた所望の信号波Ｓは雑音信
号波（回折された干渉波）Ｎと同時に検出アレイ
１５へ到着する。典型的には振幅ホログラムの回
折効率は約６％である。即ちホトダイオードへ達
する信号波Ｓの光の強さはそれに相当した大きさ
を有する。傷２８は入射した光Ｌの約５％を散乱
させ、雑音信号波Ｎの拡散源として動作するもの
と仮定する。検出アレイ１５に対して雑音のレベ
ルは殆んど所望の信号波のそれに等しく、従つて
信号対雑音比は約0dBであり、ホログラムをエラ
ーなしに検出することは不可能である。
第１１図は本発明の文書カードの場合を示す。
入射光Ｅの通路は導波管３へ制限される。第１０
図と同じように回折効率は６％と仮定し、したが
つて入射した光のこの大きさの部分が検出アレイ
１５及び傷２８を照明する。上記傷に対しては他
の直接的な照明はなされない。前と同じように傷
は入射した光の約５％を散乱させるものとすれ
ば、雑音信号波Ｎは６％×５％＝0.3％の大きさ
となり、入射光Ｅの0.3％が検出アレイ１５へ達
する。したがつて傷２８は読出されたホログラム
の信頼性を殆んど傷つけず、導波管ホログラムを
使用する文書カードの信号対雑音比は１から２オ
ーダだけ良好である。さらに上記の信号対雑音比
は回折効率と無関係である。したがつて本発明の
文書カードは従来型のカードよりも干渉を受けに
くいことが解る。
文書カードがどのような目的に使用されても、
その偽造が困難であるか又は不可能であることが
重要である。磁気記録を使用する従来型のカード
は比較的その複製が容易であつた。従来型のホロ
グラムを使用するカードは光学手段を用いて容易
に読取られた。導波管ホログラムを含む本発明の
カードを読取るためには、非常に複雑な装置及び
ノウハウを必要とする。したがつて本発明の文書
カードは従来型のカードよりも安全である。第１
２図を参照して本発明のカードが不法に読取られ
ないように、安全性を増進させる方法を説明す
る。
既に第１図を参照して導波管３へ光を導くため
に２つの格子カツプラ６を使用することを説明し
た。これらの格子カツプラは通常のプロセスによ
つて感光層４の中に作られる体積ホログラムであ
つてよい。当該技術分野で知られる如く、このよ
うなホログラムは平面又は球面の光の波面で照明
するために作られ、したがつて不法な読出しに対
して安全性を有する。しかしカツプラ・ホログラ
ムを作るために任意のパターンの孔に対応した波
面を含む被合波面を使用することによつて安全性
がさらに増加する。この種のカツプラ・ホログラ
ムは、光の同じ複合波面によつて照明された時に
のみ光を発生する。この光の複合波面はカツプ
ラ・ホログラムを作るときに使用されたものであ
る。このことは適当な正しいキイが知られている
ときにのみ光が導波管へ入ることができることを
意味する。情報ホログラム５及びカツプラ・ホロ
グラムが作られた後に、そのために使用された格
子カツプラ６が破壊される。このようなカードは
暗号が知られている時にのみ読取り可能である。
第１２図において、光源２９からの光は少くと
も部分的にコヒーレントであり、レンズ系３０を
通して孔を含むマスク３１を照明する。光源２９
はレーザ・ビーム発生器であつてよく、又はそれ
より安価な発光ダイオード（LED）であつてよ
く、又は適当なフイルタを有する電球であつてよ
い。マスク３１に設けられた孔はコード化された
カツプラ・ホログラム（格子カツプラ６）を通し
て光が導波管３へ入るためのキイを表わす。マス
ク３１にある孔は点の源を含み、その配列状態は
光Ｌの波面を決定する。したがつて導波管３は孔
の配列状態が正しい場合にのみ駆動され、このこ
とはキイが知られていることを意味する。もしキ
イが知られていれば、情報ホログラム５を有する
文書カード１の読取りは、第８図に示すように信
号波Ｓを選択的に検出することによつて正しく進
行させることができる。
不法な読取りに備えて文書カードへキイを付与
することは、カードの他の使用法を可能にする。
例えば、それぞれ特別のキイで識別可能であり、
かつ異つた目的のために使用されるカードを、異
つた種類のユーザーへ配布することができる。
夫々のユーザーへ二次キイを割当て、文書カード
が使用されるとき検出システムへ一次キイをセツ
トするためキイボードによつて二次キイを入れな
ければならないようにすることができる。一次キ
イが文書カードのカツプラ・ホログラムと一致す
るときにのみ、例えばそのカードをクレジツト・
カードとして使用できるようにすることができ
る。
本発明に従う文書カードはその使用を妨害され
ることが少なく、ホログラムは従来のカードのよ
うに大きくなくてもよいから比較的大量の情報を
記録することができる。１つ１つのホログラムは
順次に読取られるようにすることができ、且つ各
種の方法を用いてキヤンセルできるように形成す
ることができる。検出装置においては安価な光源
を使用することができる。キイの乱用に対して機
密保護を高めるために、孔を有するマスクを使用
することができる。従つて色々の技術手段を用い
ない限り、偽造もできないし乱用もできない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従う文書カードの構造及び導
波管ホログラムの動作を示し、第２図は第１図の
文書カードにおいて導波管ホログラムを記録する
方法を示し、第３図は第１図の文書カードにおい
て導波管ホログラムを読出す方法を示し、第４図
は導波管ホログラムを含む本発明の文書カードを
示し、第５図、第６図、第７図は１つ又はそれ以
上のホログラムが破壊又は非動作的にされた文書
カードの例を示し、第８図は本発明の文書カード
に含まれた導波管ホログラムを順次に読出す装置
の基本的構造を示し、第９図は読出しの間に輝度
の差を補整する自動的スレツシヨルド調整手段を
有する検出回路の略図を示し、第１０図は２つの
保護層の間にホログラムを配置し、保護層の１つ
が傷をうけた場合にホログラムを通過する光波の
状態を示し、第１１図は保護層が破損した導波管
ホログラムの読出しの間に光波が伝搬される状態
を示し、第１２図は源ホログラムとして発生され
た、入力格子カツプラによつて導波管へカツプル
される暗号化光波を示す図である。 １……文書カード、２……基板、３……導波
管、４……感光層、５……ホログラム、６……格
子カツプラ（結合手段）、７……源、８……曲
線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ホログラフイ形式で情報を含む文書カードに
    して、 文書カードのベースとなる基板と、 該基板上に配置され、光を伝搬する平面導波管
    と、 該平面導波管上に配置され、所定パターンの光
    によつて照射された場合にのみ前記平面導波管に
    沿つて光を伝搬させるカツプラ・ホログラム及び
    該光によつて再生される情報ホログラムを含む感
    光層とを具備し、 前記カツプラ・ホログラムは前記感光層中の格
    子カツプラを介して前記平面導波管に導入された
    光の伝搬及び前記所定パターンの光の照射により
    作成され、前記格子カツプラは前記カツプラ・ホ
    ログラムの作成後に破壊されることを特徴とする
    文書カード。
JP56107169A 1980-08-21 1981-07-10 Document card Granted JPS5760365A (en)

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